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MAEDA Keisuke

Faculty of Information Science and Technology Media and Network Technologies Information Media Science and TechnologyAssociate Professor

平成27年3月 北海道大学 工学部 卒業
平成29年3月 北海道大学大学院 情報科学研究科 修士課程 修了
平成29年4月 北海道大学大学院 情報科学研究科 博士後期課程 入学
平成31年3月 北海道大学大学院 情報科学研究科 博士後期課程 卒業(在学期間短縮)
平成31年4月-令和2年2月 日本学術振興会 特別研究員 (PD)
令和2年3月-令和4年3月 北海道大学 総合IR室 特任助教
令和4年4月-令和6年1月 北海道大学 大学院情報科学研究院 メディアダイナミクス研究室 特任助教
令和6年2月-令和7年3月 北海道大学 創成研究機構 データ駆動型融合研究創発拠点 特任准教授
令和7年4月-現在 北海道大学 大学院情報科学研究院 准教授
IEEE, 電子情報通信学会会員

Researcher basic information

■ Degree
  • 博士(情報科学), 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • Artificial Intelligence
  • マルチモーダル
  • 視線
  • 可視化
  • fNIRS
  • 衛星画像
  • 社会基盤
  • スポーツ映像
  • SNS
  • マルチスペクトル解析
  • 深層学習
  • 行動解析
  • Image processing
  • Signal processing
  • Machine learning
Research Field
  • Informatics, Perceptual information processing
  • Informatics, Intelligent informatics
  • Informatics, Theory of informatics
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2025 - Present
    Faculty of Information Science and Technology, Associate Professor, Japan
  • Feb. 2024 - Mar. 2025
    Data-Driven Interdisciplinary Research Emergence Department, 特任准教授, Japan
  • Apr. 2022 - Jan. 2024
    Hokkaido University, Faculty of Information Science and Technology, Specially Appointed Assistant Professor, Japan
  • Mar. 2020 - Mar. 2022
    Hokkaido University, Office of Institutional Research, Specially Appointed Assistant Professor
  • Apr. 2019 - Feb. 2020
    北海道大学大学院情報科学研究院, 日本学術振興会・特別研究員PD(短縮卒業)
  • Apr. 2018 - Mar. 2019
    北海道大学大学院情報科学研究院, 日本学術振興会・特別研究員DC2

Research activity information

■ Awards
  • Jun. 2024, デジタルツイン・DX奨励賞 (五箇ほか, AI・データサイエンス論文集, 2024)
  • Feb. 2024, The 2023 IEEE Sapporo Section Encouragement Award (Y. Moroto et al., IEEE ICASSP, 2022)
  • Feb. 2024, The 2023 IEEE Sapporo Section Student Paper Contest Encouraging Prize (M. Kashiwagi et al.電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 2023)
  • Jan. 2024, Best Paper Award (R. Goka et al., IWAIT, 2024)
  • Dec. 2023, 2023年 AI・データサイエンス賞【AI・データサイエンス論文賞】(櫻井ほか, AI・データサイエンス論文集, 2023)
  • Dec. 2023, 2023年 AI・データサイエンス賞【AI・データサイエンス奨励賞】(諸戸ほか, AI・データサイエンス論文集, 2023)
  • Dec. 2023, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 2023, 令和5年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞 (T. Togo et al.)
  • Dec. 2023, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 2023, 令和5年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞 (M. Sato et al.)
  • Dec. 2023, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 令和5年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞 (H. Matsuda et al.)
  • Oct. 2023, Silver Prize GCCE2023 Excellent Paper Award (H. Matsuda et al., IEEE GCCE 2023)
  • Jul. 2023, Best Paper Award (Honorable Mention) (R. Goka et al., ICCE-TW,2023)
  • Jan. 2023, The 2022 IEEE Sapporo Section Encouragement Award (K. Kamikawa et al., IEEE Access, 2021)
  • Jan. 2023, The 2022 IEEE Sapporo Section Encouragement Award (N. Ogawa et al., IEEE Access, 2021)
  • Dec. 2022, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 2022, 令和4年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞 (R. Goka et al.)
  • Dec. 2022, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 2022, 令和4年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞 (R. Shichida et al.)
  • Dec. 2022, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 2022, 令和4年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞(K. Yamamoto et al.)
  • Nov. 2022, 2022 IEEE Sapporo Young Professionals Best Researcher Award (K. Maeda)
  • Nov. 2022, IEEE GCCE2022, Excellent Student Paper Awards, Bronze Prize (K. Yamamoto et al.)
  • Oct. 2022, IEEE GCCE2022, Excellent Student Poster Award, Silver Prize (Y. Era et al.)
  • Feb. 2022, IEEE Sapporo section, The 2021 IEEE Sapporo Section Encouragement Award
    Human-centric emotion estimation based on correlation maximization considering changes with time in visual attention and brain activity
    Yuya Moroto;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Feb. 2022, IEEE Sapporo section, 2021 IEEE Sapporo Section Student Paper Contest
    Few-shot Learningを用いた感情ラベル推定における複数のデータセット利用に関する初期検討
    叶 穎睿;諸戸 祐哉;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Dec. 2021, 映像情報メディア学会, 映像情報メディア学会 優秀研究発表賞
    Attention Map を用いた道路構造物の変状画像分類におけるテキストデータの導入に基づく高精度化に関する検討
    小川 直輝;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Nov. 2021, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 令和3年度 電気・情報関係学会北海道支部連合大会 若手優秀論文発表賞
    Shilling attackの状況下におけるグラフ解析に基づく推薦システムの脆弱性の検証
    小野寺 望;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Oct. 2021, IEEE GCCE, IEEE GCCE2021 Excellent Student Poster Award Gold Prize
    Analysis of social trends related to COVID-19 pandemic utilizing social media data
    Taisei Hirakawa;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Satoshi Asamizu;Miki Haseyama
  • Oct. 2021, IEEE GCCE, IEEE GCCE2021 Outstanding Paper Award
    Multi-label image recognition based on multi-modal graph convolutional networks using captioning features
    Ziwen Lan;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Aug. 2021, IEEE Sapporo section, 2021 IEEE Sapporo Young Professionals Best Paper Award
    Estimation of deterioration levels of transmission towers via deep learning maximizing canonical correlation between heterogeneous features
    Keisuke Maeda
  • Mar. 2021, IEEE LifeTech, 3rd Prize IEEE LifeTech 2021 Excellent Paper Award for On-site Poster Presentation
    Human emotion estimation using multi-modal variational autoencoder with time changes
    Yuya Moroto;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Nov. 2020, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 令和2年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞
    路面画像を用いた異常検知に基づく路面状態の識別に関する検討
    諸戸 祐哉;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Nov. 2020, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 令和2年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞
    多層グラフ解析に基づくクロスドメイン推薦に関する検討 – 埋め込み特徴量の次元数の変化による精度検証 -
    平川 泰成;前田 圭介;小川 貴弘;浅水 仁;長谷山 美紀
  • Nov. 2020, 電気・情報関係学会北海道支部連合大会, 令和2年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会若手優秀論文発表賞
    画像注視時のfMRIデータを用いた注視画像の推定に関する検討ー確率的生成モデルに基づく複数被験者の共通応答の導入ー
    東 孝明;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Oct. 2020, IEEE GCCE, The 2020 IEEE GCCE Silver Prize GCCE2020 Excellent Paper Award
    Important scene prediction of baseball videos using twitter and video analysis based on LSTM
    Kaito Hirasawa;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Oct. 2020, IEEE GCCE, The 2020 IEEE GCCE Bronzer Prize GCCE2020 Excellent Paper Award
    Interest level estimation based on feature integration considering distribution of partially paired user’s behavior, videos and posters
    Kyohei Kamikawa;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Sep. 2020, IEEE ICCE-TW, The 2020 IEEE ICCE-TW Honorable Mention for Best Paper Award
    Important scene detection based on anomaly detection using long short-term memory for baseball highlight generation
    Kaito Hirasawa;Keisuke Maeda;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Feb. 2020, IEEE Sapporo section, The 2019 IEEE Sapporo Section Encouragement Award
    Estimation of deterioration levels of transmission towers via deep learning maximizing canonical correlation between heterogeneous features
    Keisuke Maeda;Sho Takahashi;Takahiro Ogawa;Miki Haseyama
  • Feb. 2020, IEEE Sapporo section, The 2019 IEEE Sapporo Section Student Paper Contest Encouraging Prize
    Sparse Bayesian Learning に基づく注視領域の時間変化を考慮したヒトの感情推定に関する検討
    諸戸 祐哉;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Feb. 2020, IEEE Sapporo section, The 2019 IEEE Sapporo Section Student Paper Contest Encouraging Prize
    変状分類における Grad-CAM++ に基づいた CNN の注目領域の可視化に関する検討
    小川 直輝;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Dec. 2019, 映像情報メディア学会, 映像情報メディア学会 優秀研究発表賞
    畳み込みニューラルネットワークにおける解釈性向上のための画像の属性分類に関する一検討
    堀井 風葉;前田 圭介;小川 貴弘;長谷山 美紀
  • Mar. 2019, 2nd Prize IEEE LifeTech 2019 Excellent Paper Award
    Estimation of Visual Attention via Canonical Correlation between Visual and Gaze-based Features
    Keisuke MAEDA, 共著者として受賞
  • Feb. 2019, The 2018 IEEE Sapporo Section Encouragement Award
    Automatic Estimation of Deterioration Level on Transmission Towers via Deep Extreme Learning Machine Based on Local Receptive Field
    Keisuke MAEDA
  • Dec. 2018, 映像情報メディア学会 優秀研究発表賞
    道路構造物に発生する変状の自動分類の高精度化に向けたConvolutional Sparse Coding の導入に関する検討
    前田 圭介
  • Oct. 2018, IEEE GCCE 2018 Outstanding Paper Award
    User-centric Visual Attention Estimation Based on Relationship Between Image and Eye Gaze Data
    Keisuke MAEDA, 共著者として受賞
  • Apr. 2018, 2017 IBM Ph. D. Fellowship award
    Keisuke MAEDA
  • Feb. 2018, The 2017 IEEE Sapporo Section Encouragement Award
    Distress Classification of Road Structures via Decision Level Fusion
    Keisuke MAEDA
  • Feb. 2018, 平成29年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会優秀論文発表賞
    画像特徴量と fNIRS 特徴量の関連性に注目した画像分類の高精度化に関する検討
    前田 圭介, 共著者として受賞
  • Sep. 2017, 精密工学会画像応用技術専門委員会・映像情報メディア学会メディア工学研究委員会合同サマーセミナー 優秀発表賞
    正準相関最大化を導入した深層学習に基づく送電鉄塔の劣化レベル分類に関する検討
    前田 圭介
  • Feb. 2017, 平成27年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会優秀論文発表賞
    個々の道路構造物に関する点検項目の導入による 道路構造物の変状推定の高精度化に関する検討
    前田 圭介
  • Feb. 2016, The 2015 IEEE Sapporo Section Encouragement Award
    Bayesian Network-based Distress Estimation Using Image Features in Road Structure Assessment
    Keisuke MAEDA
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • AI research for DX realization in the field of infrastructure maintenance
    前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    2024
■ Lectures, oral presentations, etc.
  • Multi-label Image Recognition Based on Multi-modal Graph Convolutional Networks Using Captioning Features.
    Ziwen Lan; Keisuke Maeda; Takahiro Ogawa 0001; Miki Haseyama
    GCCE, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Accurate Distress Image Classification of Road Structures Using Attention Map Based on Text Data
    小川直輝; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Prediction of Important Scenes in Baseball Videos via Multimodal Variational Autoencoder Using Tweets and Videos
    平澤魁人; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Discrimination of Road Surface Conditions Based on Deep Learning Using Road Images
    諸戸祐哉; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Estimation of Expert-Novice Level Based on Eye Tracking and Motion Data from Engineers While Inspecting Subway Tunnel
    赤松祐亮; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Improving Performance of Deep Learning-based Distress Detection for Supporting Maintenance of Subway Tunnels-Accuracy Verification Focusing on Tunnel Wall Characteristics-
    春山知生; 前田圭介; 藤後廉; 小川貴弘; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Cross-domain Recommendation Based on Multi-layer Graph Analysis with Visual Features
    平川泰成; 前田圭介; 小川貴弘; 浅水仁; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • A Note on Improvement of Image Sentiment Analysis Based on Introduction of Image Captioning
    LIANG Yun; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    映像情報メディア学会技術報告, 2021
    2021 - 2021
  • SIMILAR INSPECTION DATA RETRIEVAL FOR ROAD STRUCTURE INSPECTION BASED ON CANONICAL CORRELATION BETWEEN EYE TRACKING DATA AND INSPECTION RECORDS
    前田圭介; 斉藤僚汰; 高橋翔; 小川貴弘; 長谷山美紀
    土木学会論文集 F3(土木情報学)(Web), 2020
    2020 - 2020
  • A Note of Estimation of Viewed Images Using fMRI Data While Viewing Images-Introduction of Shared Brain Responses of Multiple Subjects Based on Probabilistic Generative Model-
    東孝明; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Improvement of Distress Detection Performance in Subway Tunnel Images by Data Augmentation Based on RICAP
    春山知生; 前田圭介; 藤後廉; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Image Sentiment Analysis based on Multi-level Deep Metric Net
    LIANG Yun; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2020
    2020 - 2020
  • A Note on User Interest Estimation Based on Feature Integration Using m-SimGP
    上川恭平; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Cross-domain Recommendation Based on Multilayer Graph Analysis-Performance Evaluation with Change in Dimension of Embedding Feature-
    平川泰成; 前田圭介; 小川貴弘; 浅水仁; 長谷山美紀
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Discrimination of Road Surface Conditions Based on Anomaly Detection Using Road Images
    諸戸祐哉; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Estimation of Gaze Features for Human Emotion Estimation while Viewing Images
    諸戸祐哉; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電子情報通信学会技術研究報告, 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Analysis of Gaze Data and Skills of Inspectors in Distress Assessment of Road Structures
    松井太我; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電子情報通信学会技術研究報告, 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Classification of Experienced and Novice Inspectors Based on Bio-signals While Inspecting in Subway Tunnels
    九島哲哉; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電子情報通信学会技術研究報告, 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Retrieval of Similar Images for Supporting Maintenance of Subway Tunnels-Introduction of Distance Metric Learning Reflecting Inspectors’ Evaluation-
    松本有衣; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電子情報通信学会技術研究報告, 2020
    2020 - 2020
  • A Note on Improvement of Reliability of Dstress Image Classification for Efficient Maintenace of Road Structures
    堀井風葉; 前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電子情報通信学会技術研究報告, 2020
    2020 - 2020
  • Introduction of Advanced AI Technology for Efficient Maintenance Inspection of Social Infrastructure-Performance Improvement of Distress Image Classification Utilizing Inspection Data-
    前田圭介; 小川貴弘; 長谷山美紀
    電子情報通信学会技術研究報告, 2020
    2020 - 2020
  • Trial Introduction of Convolutional Sparse Coding for Accurate Distress Classification of Road Structures
    前田 圭介; 高橋 翔; 小川 貴弘; 長谷山 美紀
    映像情報メディア学会技術報告 = ITE technical report, Feb. 2018, Japanese
  • 正準相関最大化を導入した深層学習に基づく送電鉄塔の劣化レベル分類に関する検討 (メディア工学) -- (サマーセミナー2017 : 世界に羽ばたくビジョン技術)
    前田 圭介; 高橋 翔; 小川 貴弘; 長谷山 美紀
    映像情報メディア学会技術報告 = ITE technical report, Sep. 2017, Japanese
  • A Note on Accurate Distress Classification for Maintenance Inspection of Road Structures via Deep Learning
    前田 圭介; 高橋 翔; 小川 貴弘; 長谷山 美紀
    映像情報メディア学会技術報告 = ITE technical report, Feb. 2017, Japanese
  • A Note on Accurate Distress Classification for Maintenance Inspection of Road Structures : Integration of Multiple Classification Results based on Tag Data and Distress Images
    前田 圭介; 高橋 翔; 小川 貴弘; 長谷山 美紀
    映像情報メディア学会技術報告 = ITE technical report, Feb. 2016, Japanese
■ Affiliated academic society
  • THE INSTITUTE OF ELECTRONICS
  • IEEE
■ Research Themes
  • 専門知識の抽出・更新・共有を可能とするインフラ特化型LMMの構築
    BOOST若手
    Nov. 2025 - Oct. 2030
    前田圭介
    JST, Principal investigator, JPMJBY24G9
  • 専門知識の抽出・更新・共有を可能とするインフラ特化型LMMの構築
    2025 - 2030
    前田 圭介
    本研究では、生体情報解析と大規模視覚言語モデル(Large Multi-modal Model: LMM)を融合し、インフラ維持管理分野における専門知識の抽出・更新・共有を可能とする持続可能な次世代生成AI理論「インフラ特化型LMM」を構築します。生体情報を用いた新たな知識獲得アプローチを提示する本研究により、蓄積されたデータに依存した現在の学習理論の限界を打破し、インフラ維持管理分野におけるLMMの精度限界にブレークスルーを与えます。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/国家戦略分野の若手研究者及び博士後期課程学生の育成事業(BOOST)/次世代AI人材育成プログラム(若手研究者支援), 24036835
  • 画像認識の高度化に向けた画像の撮影方法を最適化する異環境異種データ適応型AIの構築
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2023 - 31 Mar. 2027
    前田 圭介
    本研究課題では、インフラ維持管理の現場で撮影される損傷画像の認識精度向上のために、AIに入力される画像の撮影方法を最適化する異環境異種データ適応型AIの構築を目指す。これまで申請者が進めてきた「損傷画像中の注目領域を推定する説明可能なAI(XAI)」をインフラ点検中の技術者視点の映像へ対応可能となるよう拡張することで、AIの実社会応用で生じる画像撮影方法の多様性の問題を解決可能な新たな理論を構築する。本理論構築に向けて、【フェーズ1】1人称映像と損傷画像の関係性を学習する異種データ対照学習理論の実現、【フェーズ2】附帯情報を導入した異環境適応型XAIの実現、【フェーズ3】技術者間のノウハウの共通性を転移可能なマルチビューグラフ埋め込み理論の構築、【フェーズ4】プロトタイプ版の構築と技術者からのフィードバックの反映の4つのフェーズに分けて実施する。
    令和5年度では、【フェーズ1】の実現に向けて、損傷画像を用いて構築したAIにインフラ点検時に得られた映像を入力することで、異なる種類のデータであっても損傷を検出可能であるかを検証した。検証結果より、点検時に得られた映像から損傷を高精度に検出可能であることが明らかとなったことから、異種データ間の関係性を学習可能な理論の構築を実現した。さらに、本計画当初は技術者による現場点検を想定していたが、更なる省力化のためにはドローンの活用が期待されていることから、難易度の高いドローン映像へ適用し、研究を進めてきた。上記に関連する研究の成果が認められ、査読付き学術論文誌への採録、さらに映像情報メディア学会の特別講演に至っている。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23K11211
  • General-purpose deep learning theory for ultra-low computational complexity and low capacity in the age of edge AI
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2026
    小川 貴弘; 藤後 廉; 前田 圭介
    本研究課題では、エッジAI時代の超低演算量・低容量化を実現する汎用深層学習理論の構築を目指している。研究代表者が進めてきた低演算量・低容量バイナリスパース表現技術とクロスモーダル埋め込み技術の研究を融合させ、AIの演算量と学習データ量を大幅に削減可能な新たな理論を構築する。具体的に、最先端の深層学習モデルをバイナリスパース表現により模倣し、さらに、他のモダリティからの知識転移を行うことで、深層学習の利点である高い精度を保持しつつ、演算量削減と学習データ量の小規模化を同時に実現する。本研究課題では、構築理論の汎用性を示すとともに、エッジデバイス上での評価検証を行う。尚、本研究課題は研究分担者とともに遂行し、実施項目である「① モデルクローニング技術の実現による演算量の削減」および「② クロスモーダル知識転移技術の実現による学習データ量の小規模化」については、①の研究を小川・藤後が、②の研究を小川・前田が実施する。
    令和4年度は、「バイナリスパース深層学習モデルの実現」を目指し、研究を遂行した。具体的に、演算量削減と学習データ量の小規模化のそれぞれを以下のように実現した。まず、構築済みの「深層学習モデルの中間層出力」と「バイナリスパース深層学習モデルの中間出力」との相関を最大化する理論に、データの近似誤差最小化を可能にする損失関数を新たに組み込むことで、各中間層出力を低演算量のバイナリスパース表現で模倣するモデルクローニングを実現した。次に、異なる種類のモダリティの相関を最大化する理論を構築することで、学習データ量の不足をモダリティ相関に基づき補間するクロスモーダル知識転移を実現した。研究成果の対外発表についても積極的に行い、コンピュータビジョン分野のトップ国際会議ECCVへの採択や、信号処理分野のトップ国際会議ICASSPへの採択に至った。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 23K21676
  • General-purpose deep learning theory for ultra-low computational complexity and low capacity in the age of edge AI
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2026
    小川 貴弘; 前田 圭介; 藤後 廉
    本研究課題では、エッジAI時代の超低演算量・低容量化を実現する汎用深層学習理論の構築を目指す。研究代表者が進めてきた低演算量・低容量バイナリスパース表現技術とクロスモーダル埋め込み技術の研究を融合させ、AIの演算量と学習データ量を大幅に削減可能な新たな理論を構築する。具体的に、最先端の深層学習モデルをバイナリスパース表現により模倣し、さらに、他のモダリティからの知識転移を行うことで、深層学習の利点である高い精度を保持しつつ、演算量削減と学習データ量の小規模化を同時に実現する。本研究課題では、構築した理論が汎用性を有することを示すとともに、エッジデバイス上での評価検証を行う。尚、本研究課題は研究分担者とともに遂行し、実施項目である「① モデルクローニング技術の実現による演算量の削減」および「② クロスモーダル知識転移技術の実現による学習データ量の小規模化」については、①の研究を小川・藤後が、②の研究を小川・前田が実施する。
    令和3年度は、「深層学習モデルにおける中間層出力」と「バイナリスパース表現係数」との間で相関を最大化するクロスモーダル埋め込み理論を構築した。具体的に、ソースドメインに対応する実数データとバイナリスパース表現係数との間でクロスモーダル埋め込みを行い、それらの相関が最大化されるよう、バイナリスパース表現における辞書学習を可能とした。この際、バイナリスパース表現係数は0または1の疎なデータであることに注目し、観測データがバイナリスパース値である制約を設けた新たなクロスモーダル埋め込み理論を実現した。さらに、構築した理論やその応用に関する研究成果の対外発表についても積極的に行い、クロスモーダル埋め込み理論を応用した研究成果が画像処理分野における世界最高峰の国際会議ICIP等に採択されている。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 21H03456
  • 技術者の認知・判断・行動プロセスに基づくハイパーマルチモーダル画像分類技術の構築
    科学研究費助成事業 若手研究
    01 Apr. 2020 - 31 Mar. 2024
    前田 圭介
    AI技術の応用が期待される専門分野において,高い精度のみならず結果に対する確かな信頼性を有するモデルを構築することが本研究の目的である.このモデルの構築のためには,次の4点を組み込んだ機械学習理論の構築が必要である.【要点1】経験や知識の基となる情報を機械に入力可能な特徴へ変換するモデル.【要点2】経験や知識を表す生体特徴を抽出することで技術者に近い判断が可能なモデル.【要点3】画像分類で判断する際の判断根拠を技術者が理解可能な形で提示するモデル.【要点4】得られた結果が誤っていた場合に,効率よく再学習可能なモデル.そこで,本研究では,【解決策1】複数の技術者から得られる種々の生体情報からノイズ・個人差を除去.【解決策2】複数の技術者に共通する特徴を見出し,技術者の判断との間の因果関係を説明.【解決策3】判断・予想結果に対する判断根拠の可視化機構を導入.【解決策4】技術者からのフィードバック結果を用いたモデルパラメータの転移学習の4つの解決策により,上記要点を満たした新たな機械学習理論を導出する.


    令和二年度では,【解決策1】に対応する【フェーズ1】複数の技術者から多種多様な生体情報の取得およびその特徴量化を実施した.具体的に,技術者から,視線・脳活動・動作などの生体情報と遂行業務に対する判断を取得した.さらに,技術者に共通する特徴を明らかにするために,複数の技術者から得られる生体データと遂行業務に対する判断との間の関連性について分析を実施した.これにより,一部の生体データがAI構築に特に有効であることが示唆され,これらのデータの特徴量化を行った.上述の研究によって得られた結果および関連する成果を信号処理・画像処理系の国内会議・国際会議において発表を行い,加えて,学会発表で得られた知見に基づき,手法を高度化することにより,学術論文誌にも採録された.
    日本学術振興会, 若手研究, 北海道大学, 20K19856
  • 専門家の認知プロセスを模擬した深層学習に基づく画像分類技術の構築
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows
    Apr. 2018 - Feb. 2020
    前田 圭介
    本研究は,土木工学・医学・惑星科学などの専門分野へのAI技術の実用化に向けて,専門家から経験や知識を抽出することで, 専門家に近い判断が可能な画像分類技術を構築することを目的としている.平成30年度は,以下に示す2点の研究を行った.
    1.専門家の注視領域に基づく画像特徴 (視線特徴) の算出
    画像中の物体に関する特徴(画像特徴)と, 人間が画像を注視している際の視線情報を用いて, 注視領域に基づいた視線特徴の算出を可能とする理論を構築した. 具体的に, 実験協力者に画像を注視してもらい, 視線の停留と動き方から注視領域を推定し, 当該領域から得られる特徴を視線特徴として算出した.また, 画像特徴と視線特徴間の関係を学習させることで, 注目領域が未知であるテストデータが入力された際に, 人間が注目すると考えられる領域を自動推定する技術も同時に構築した.さらに, 専門家の注視領域のみならず, 画像注視中の人間の脳から得られる情報を用いた画像分類手法を構築した. 本手法では, functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) を用いて脳の情報を取得し, 土木分野で用いられる画像を用いた分類の高精度化を実現した.
    2.画像特徴から視線特徴を推定するための射影行列の算出
    画像特徴から視線特徴を推定するための射影行列を算出可能とする理論を構築した. 具体的に, 異なる種類の特徴の相関関係を分析することで, それらの特徴間を関連付ける射影行列の導出を可能とした.さらに, 上記の手法で構築した理論を画像特徴と視線特徴に応用することで, 画像特徴から視線特徴を関連付ける射影行列の導出を可能とした.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for JSPS Fellows, Hokkaido University, Principal investigator, 18J10373
■ Academic and Social Contribution Activities/Other
Media Coverage
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